向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

突破半导体次元壁!IMEC首次公布:14埃米工艺路线图

随着半导体发展脚步接近未来的14埃米(即纳米的十分之一),工程师们可能得开始在相同的芯片上混合FinFET和纳米线或穿隧FET或自旋波晶体管,他们还必须尝试更多类型的内存;另一方面,14埃米节点也暗示着原子极限不远了…

在今年的Imec技术论坛(ITF2017)上,Imec半导体技术与系统执行副总裁An Steegen展示最新的半导体开发蓝图,预计在2025年后将出现新制程节点——14埃米(14A;14-angstrom)。这一制程相当于从2025年的2nm再微缩0.7倍;此外,新的占位符号出现,显示制程技术专家乐观看待半导体进展的热情不减。3UIesmc

Steegen指出:“我们仍试图克服种种困难,但如何实现的途径或许已经和以前所做的全然不同了。”3UIesmc

14埃米节点也暗示着原子极限不远了。单个砷原子(半导体所使用的较大元素之一)大约为1.2埃。3UIesmc

随着半导体发展脚步接近未来的14埃米,工程师们可能得开始在相同的芯片上混合鳍式场效晶体管(FinFET)和纳米线或穿隧FET或自旋波晶体管。他们将会开始尝试更多类型的内存,而且还可能为新型的非冯·诺依曼计算机(non-Von Neumann)提供芯片。3UIesmc

短期来看,Steegen认为业界将在7nm采用极紫外光(EUV)微影技术、FinFET则发生在5nm甚至3nm节点,而纳米线晶体管也将在此过程中出现。
20170524-FET-13UIesmc

  • 如今,14埃米节点还只是出现在简报上的一个希望 (来源:Imec)*

Steegen表示:“从事硬件开发工作的人员越来越有信心,相信EUV将在2020年初准备好投入商用化。经过这么多年的努力,这一切看来正稳定地发展中。”3UIesmc

Imec是率先安装原型EUV系统的公司,至今仍在鲁汶(Leuven)附近大学校园旁的研究实验室中持续该系统的开发。3UIesmc

Steegen预计,EUV“将在最关键的层级导入制程,”以便在线路终端处完成通道和区块。使用今天的浸润式步进器,这项任务必须通过3或4次的步骤,但透过EUV更精密的分辨率,只需一次即可完成。3UIesmc

工程师在这些先进节点上工作时,必须先检查其设计能够搭配使用浸润式或EUV系统。当他们在将芯片发挥到极致时,将会使用EUV更进一步缩小其设计。3UIesmc

无论如何,还需要3或甚至4次的浸润式图案化过程,才能打造具有小于40nm间距的特征尺寸。工程师不要指望设计规则能很快地变得更简单。
20170524-FET-2
Imec勾勒未来节点可能实现的功率性能3UIesmc

选择抗蚀剂与晶体管

找到合适的抗蚀剂材料是让EUV顺利量产的几项挑战之一。到目前为止,如果研究人员能以20毫焦耳/平方公分的曝光能量进行,就能使EUV顺利进展。3UIesmc

包括ASML、东京电子(Tokyo Electron)和ASM等几家公司正在开发专有(意味着昂贵)的技术来解决问题。它们通常涉及了抗蚀剂处理以及多个制程步骤,才能蚀刻或退火掉粗糙度。3UIesmc

“这项技术看起来非常有希望,所以我们有信心能够克服线边粗糙度(LER)的问题,”Steegen说。3UIesmc

此外,Imec现正开发保护EUV晶圆免于污染的防尘薄膜。它以碳纳米管提供承受EUV曝光超过200W以上所需的强度,而非阻挡大部份光源穿透晶圆。3UIesmc

除了EUV以外,下一个重大障碍是基本晶体管的设计转变——任何组件核心的电子开关。Steegen说:“FinFET的微缩是必须解决的关键问题。”3UIesmc

截至目前为止,研究显示,FinFET可以在5nm时使用,而如果导入EUV的情况顺利,甚至可沿用至3nm节点。Steegen说:“在3nm节点,FinFET和纳米线的效果能几乎一样好,但纳米线闸极间距带来了更多的微缩,”他并展示一项堆栈8根纳米线的研究。
20170524-FET-3
详细观察阻抗剂的问题显示,使用化学助剂和不使用化学助剂(CAR和NCAR)的研究结果。LWR/LCDU是指线边粗糙度的测量值应不超过特征间距尺寸的十分之一,图中的范围约为3.2至2.6。3UIesmc

信道微缩与内存

如果EUV一再延迟,芯片制造商将会调整单元库来缩小芯片。Imec正致力于开发一个3轨(3-track)的单元库,这是将芯片制造商目前用于10nm先进制程的7-track单元库缩小了0.52倍。3UIesmc

其折衷之处在于它能实现3nm节点,但仅为每单元1个FinFET保留空间,较目前每单元3个FinFET减少了。此外,随着单元轨缩小,除了从7nm节点开始的挑战,预计工程师还将面对新的设计限制。3UIesmc

Imec正致力于开发几种得以减轻这些困难的设计,包括所谓的超级通道(super-vias),连接3层(而2层)金属以及深埋于设计中的电源轨,以节省空间。3UIesmc

这项工作显示,设计人员可能被迫在3nm时移至纳米线晶体管,实现完全以浸润式步进器为基础的制程。然而,透过EUV,3nm制程仍可能有足够的空间实现5-track的单元库,因而使用基于FinFET的组件。
20170524-FET-43UIesmc

  • 仅使用浸润式步进器的制程可缩小单元轨,但却会随着闸极(红色)缩小而牺牲FinFET(绿色)数量。而在底部,Imec展示研究人员正开发的4个结构,用于减缓微缩。*

无论如何,到了这些更先进的节点时,系统、芯片和制程工程师都必须比以往更加密切地合作。他们必须确定哪些功能可以被整合于单一芯片上,或者是否需要单独的芯片制作,如果是这样的话,那么这些芯片又该如何进行链接等等。3UIesmc

同时,还有一大堆新的内存架构仍处于实验室阶段。Steegen说,磁阻式随机存取内存(MRAM)目前是最有前景的替代技术,可用于取代SRAM快取,甚至是DRAM。然而,MRAM到了5nm以后可能还需要新晶体管结构。3UIesmc

此外,还有其他更多有趣的选择,包括自旋轨道转矩MRAM以及铁电RAM,可用于取代DRAM。业界目前正专注于至少5种备选的储存级内存技术,主要是交错式(crossbar)和电阻式RAM结构的内存。3UIesmc

此外,Imec正开发新版OxRAM,将有助于物联网(IoT)的设计。目前已经针对可承受汽车设计所需温度条件的方法进行测试了。3UIesmc

面对诸多极其乏味的选择与严苛挑战,Steegen依然乐观。在开始对1,800位与会者发表演讲之前,她还快速地进行了一项调查,结果显示有68%的人认为半导体产业将顺利过渡到3nm节点。3UIesmc

她说:“谢谢所有对这个可能性回答『是』的人,而对于那些认为『不』的人,我会证明你错了。”3UIesmc

2017-ESM-13UIesmc

Edit
本文为国际电子商情原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Rick Merritt
EE Times硅谷采访中心主任。Rick的工作地点位于圣何塞,他为EE Times撰写有关电子行业和工程专业的新闻和分析。 他关注Android,物联网,无线/网络和医疗设计行业。 他于1992年加入EE Times,担任香港记者,并担任EE Times和OEM Magazine的主编。
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

您可能感兴趣的文章

  • 第三代半导体加速爆发,SiC、GaN产业化进度如何?

    2009-2019年期间,全球共关闭了100座晶圆代工厂。恰逢最新一轮全球规模芯片缺货潮,半导体产业遭遇了前所未有的危机。坚持IDM模式的厂商开始改变观念,2021年英特尔决定把部分芯片外包给台积电,这个变化被业内视为委外代工已成趋势,但在SiC和GaN领域,似乎有着不一样的市场表现……

  • 宽禁带功率半导体的竞争格局及趋势分析

    随着各国相继明确“碳中和”目标,宽禁带功率半导体在消费电子、汽车电子、工业自动化、5G通信等领域将迎来前所有未的黄金发展期。作为宽禁带半导体中率先落地的材料,SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)的市场现状如何?本文从SiC、GaN产业链出发,梳理并分析了相关企业的融资进度、竞争格局及发展趋势。

  • SiC与GaN助力宽禁带半导体时代到来!

    近年来,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体得到了广泛的关注。与硅相比,这两种化合物能承受更高的频率和电压,可以制造出更复杂的电子产品。现在,SiC和GaN功率器件已成为趋势,问题在于它们到底有多少的市场机会。

  • 对标三星S7?国产手机欲拼8级防水,顺带为代工厂省点钱

    三星今年推出的新旗舰Galaxy S7可谓是叫好又叫座,其防水功能更是赚足了眼球。无独有偶,即将发布的iPhone 7亦传出会增强防水性能的消息。前有三星后有苹果,以后手机都要防水了吗?国产手机会不会跟进?在日前举行的深圳国际电子展上,有不少针对电子设备的防水新技术,而一些防水厂商表示,他们已经跟一些国内电子厂商达成了合作,其中不乏几家手机大厂。

  • 拉美地区智能手机出货同比下降13% OPPO市场表现一枝

    据Counterpoint市场监测获取的最新报告,拉丁美洲和加勒比地区的智能手机出货量在2022 年第三季度同比下降 13%,环比下降 17.3%   。除OPPO外,所有主流品牌的销量均环比下降。

  • 中国大陆手环市场连续八个季度萎缩 出货量降至350万台

    Canalys最新报告指出,2022年第三季度,中国大陆可穿戴腕带市场仍持续疲软,整体出货1210万台,同比下滑7.0%。

相关推荐

可能感兴趣的话题